JP2010076568A

JP2010076568A - 駆動力制御装置

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Publication number: JP2010076568A
Application number: JP2008246485A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yu; 陽一郎勇; Kazuya Arakawa; 一哉荒川; Koichi Okuda; 弘一奥田; Kansuke Yoshisue; 監介吉末; Junichi Deguchi; 順一出口; Masahito Nakayama; 雅仁中山; Shigeru Fukazawa; 滋深澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP5245681B2

Abstract

【課題】回生可能な車両の駆動装置のうち少なくとも一つが故障した場合であっても、正常に動作する駆動装置により車両安定性を確保し回生制動できる制動力制御装置を提供する。
【解決手段】駆動力を増減する駆動装置が少なくとも左右二輪１０，１１の各々に個別に設けられ、かつ油圧によって動作し前記二輪１０，１１の各々に個別に制動力を与えるブレーキ機構が設けられた駆動力制御装置において、前記いずれかの駆動装置の故障を検出する故障検出手段（車両ＥＣＵ）３９と、その故障検出手段３９によって前記故障が検出された場合に前記二輪の各々に制動力を加える制動指示手段（ブレーキ・モータ統合ＥＣＵ）３８と、故障が検出されていない駆動装置に連結されている車輪についての制動力を前記ブレーキ機構による制動力から前記駆動装置による制動力に移行させる制動力切換手段（ブレーキ・モータ統合ＥＣＵ）３８とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の少なくとも左右の二輪のそれぞれの駆動力あるいは制動力を制御する駆動力制御装置に関するものである。

従来、車両の少なくとも左右二輪に駆動装置（例えば電動機）を設けて駆動する車両が知られている。その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された車両は産業用車両であり、各車輪に電動機が設けられている。この特許文献１に記載の車両では、各車輪の内のどれか一つの車輪が何らかの故障などが原因で動作しなくなった場合、他の正常に動作する車輪の駆動力により移動が可能とされている。

また、特許文献２に記載されている車両では、車両の各車輪のうち少なくとも左右二輪に駆動装置とその制御装置とが個別に設けられており、その駆動装置（電動機）の制御装置のうちどちらか一方が故障した場合においてフェイルセーフ機能が働く構成となっている。そのフェイルセーフ機能とは、故障した電動機の制御を正常に動作する電動機の制御装置が代替して行うことで、左右二輪の駆動力を調和させようとするものである。

特開平１１−１２７５０６号公報特開２００４−１７５３１３号公報

上記の特許文献１に記載されている車両では、車輪の駆動に異常が発生した場合、異常が発生した車輪を停止させ、他の正常に動作する車輪を駆動させ、移動可能となる。この制御方法では、正常に動作する車輪を駆動させて車両を走行させる場合、左右の駆動力のアンバランスが生じ、車両の走行安定性が損なわれ、ヨーイングなどを惹き起こす可能性がある。

また、上記の特許文献２に記載されている車両では、各車輪に設けられた電動機の制御装置が故障した場合、他の正常に動作する制御装置により、左右二輪の調和をはかり、車両安定性を確保する構成が記載されている。しかし、故障時において左右二輪のうち正常に動作する電動機による回生については依然改善の余地があった。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、各車輪ごとに駆動装置とブレーキ機構とが設けられた車両を対象として、左右の二輪のうちの一つの駆動装置に何らかの異常が発生した場合にも、車両安定性を確保し、かつ正常に動作する駆動装置による回生を行い、エネルギ効率を向上させることのできる駆動力制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、駆動トルクを増減する駆動装置が少なくとも左右の二輪のそれぞれに個別に設けられ、かつ油圧によって動作して前記二輪のそれぞれに個別に制動力を与えるブレーキ機構が設けられた駆動力制御装置において、前記いずれかの駆動装置の故障を検出する故障検出手段と、その故障検出手段によって前記故障が検出された場合に前記ブレーキ機構により前記二輪のそれぞれに制動力を加えるように指令を出力する制動指示手段と、前記故障が検出されていない駆動装置に連結されている車輪についての制動力を前記ブレーキ機構による制動力から前記駆動装置による制動力に移行させる制動力切換手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記故障検出手段より故障が検出された駆動装置を前記車輪から電気的もしくは機械的に遮断する遮断手段を更に備えていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記駆動装置は、発電機能を備えたモータを含むことを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、故障検出手段によって駆動装置の故障が検出され、制動指示手段により、左右の二輪に対してブレーキ機構による制動力が加えられ、さらに故障が検出されていない駆動装置に連結されている車輪に加えられる制動力が、制動力切替手段によりブレーキ機構による制動力から駆動装置による制動力に移行させるため、車両安定性を確保した状態で駆動装置による制動すなわち回生が可能となる。

また請求項２の発明によれば、故障が検出された駆動装置を前記車輪から電気的もしくは機械的にも遮断することで、エネルギー損失を軽減することができる。

さらに請求項３の発明によれば、駆動装置が発電機能を備えたモータを含むから、回生電力によりエネルギーを回収し、前記モータにより車輪を駆動させて車両を走行させることにより、燃費を向上させることができる。

つぎに、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１にはこの発明で対象とする車両の構成および制御系統の一例が示されている。例として図１に示す車両Ｖｅは、内燃機関とモータとを動力源として駆動するハイブリッド式の四輪駆動車である。すなわち、エンジン（ＥＮＧ）１と、発電機能のあるモータ・ジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）２，３が動力源として設けられ、四輪すべてが駆動可能となっている。

エンジン１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン、あるいは天然ガスエンジンなどの燃料を燃焼して動力を出力する動力機関であり、図示しないエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）などにより、出力を電気的に自動制御することができる。また、所定の負荷に対して回転数を制御することにより燃費が最も良好な最適運転点に設定できる内燃機関である。なお、図１に示す例ではエンジン１は車両の前方向に配置されて伝動機構により後輪を駆動するように構成されており、車両Ｖｅはエンジン駆動系に関して言えばＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）方式ということになる。なお、このエンジン駆動系に関してエンジン１は車両内のどの位置に配置されても構わず、また、ＲＲ（リヤエンジン・リヤドライブ）方式やその他方式とする構成であってもよい。

そして、このエンジン１には、変速機４が連結されており、その変速機４の出力側にプロペラシャフト５を介してディファレンシャルが連結されている。さらにこのディファレンシャルに左右の車軸６，７を介して右後輪（ＲＲ）８、左後輪（ＲＬ）９のそれぞれが個別に連結されている。なお、この発明で対象とする車両の構成において、エンジン１を内燃機関とするのではなく、モータ・ジェネレータなどの電動機とする構成や後輪二輪に個別にモータ・ジェネレータ（電動機）を設けて左右個別に駆動する構成とし、車両Ｖｅをハイブリッド車両とするのではなく電気自動車とする構成であってもよい。

また、左右二輪（右前輪１０と左前輪１１）に設けられるモータ・ジェネレータ（電動機）２，３は、一つの例として発電機および電動機として機能するように、つまり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを兼備するように構成されている電動機である。なお、回生機能により電気エネルギに変換されたエネルギは、さらに化学エネルギなどに変換して蓄電可能とされている。

このモータ・ジェネレータ２，３は右前輪（ＦＲ）１０、左前輪（ＦＬ）１１の近傍やホイール内部に設けられ、前輪二輪１０，１１を個別に駆動する構造を形成するインホイールモータである。その動力伝達機構の構成は、前記モータ・ジェネレータ２，３からそれぞれ車軸１４，１７が同軸上に連結されており、さらに動力の伝達および遮断が段階的に可能なように構成されているクラッチ１３，１６を介して車軸１２，１５に動力が伝わり、右前輪１０，左前輪１１が駆動可能となっている。なお、このモータ・ジェネレータ２，３による各車輪の駆動機構は、モータ制御装置（モータＥＣＵ）１８，１９などの電子制御装置により制御可能となっており、運転者からの操作意図に基づいた車両ＥＣＵ３９などからの指令を受ける制御や、車両の走行状態に応じた制御が可能となっている。

また、このモータ・ジェネレータ２，３の制御を行うモータ制御装置（モータＥＣＵ）１８，１９は、図示しないインバータや電気回路などに信号を入出力して、モータ・ジェネレータの制駆動制御を行う構成とされている。このモータＥＣＵ１８，１９を介して、バッテリあるいはキャパシタなどの蓄電装置２０に接続され電力の授受を行うことでできるように構成されている。この蓄電装置２０では、モータ・ジェネレータ２，３をモータとして動作させる際の電力を供給し、また、モータ・ジェネレータ２，３を発電機として動作させて回生電力を電気エネルギから化学エネルギなどに変換させて蓄えられる。

各モータ・ジェネレータ２，３では車輪のコースト走行時における慣性トルクが車軸１２，１４、クラッチ１３，１６および車軸１５，１７を介してモータ・ジェネレータ２，３内に収められている図示しないロータ軸に伝わり、ロータの慣性回転による運動エネルギを電気エネルギに変換し、モータ制御装置（モータＥＣＵ）１８，１９を介してバッテリあるいはキャパシタなどの蓄電装置２０に充電すなわち回生可能なように構成されている。この回生機能は回生ＥＣＵ２１によってコントロールされる。

また、右前輪１０および左前輪１１のそれぞれには油圧式の摩擦ブレーキが設けられている。すなわち、右前輪１０の車軸１２側には、ディスクロータ２２、ブレーキキャリパ２３、ホイールシリンダ２４および圧力センサ２５が設けられており、これらを作動させて摩擦による制動が可能なように構成されている。また同様に、左前輪１１の車軸１５側には、ディスクロータ２６、ブレーキキャリパ２７、ホイールシリンダ２８および圧力センサ２９が設けられており、これらを作動させて摩擦による制動が可能なように構成されている。

この油圧式の摩擦ブレーキでは、ブレーキペダル３０が踏まれて制動が行われる場合、ペダル踏力を増幅するために設けられたバキュームポンプ３１、モータ３２、バキュームブースタ３３などにより、マスタシリンダ３４を動作させる油圧が増幅されて油圧制御装置３５を経由して油圧がホイールシリンダ２４，２８に送られ、ブレーキキャリパ２３，２７を駆動する。そして、ブレーキキャリパ２３，２７内の図示しないブレーキパッドを押しつけることにより、運動エネルギを熱エネルギに変換して摩擦による車両の制動、すなわちブレーキが効く構成とされている。また、これらの油圧制御は、連動して摩擦による制動およびその制御を行うための油圧が適切にコントロールが可能なように油圧ＥＣＵ３６により行われる構成とされている。なお、この油圧による摩擦ブレーキは、次に述べるモータ・ジェネレータ２，３による回生ブレーキと連動して制動を行うように構成されている。

この摩擦ブレーキと回生ブレーキとによる制動協調制御（回生協調制御）では、ブレーキペダル３０が操作されると、ブレーキペダルセンサ３７により、その踏み込み度合いに基づいて要求制動力が求められる。その要求制動力は、前述した摩擦ブレーキおよびモータ・ジェネレータ２，３による回生制動のいずれによっても発生させることができるので、制動操作の行われた時点の車速やバッテリのＳＯＣ（充電容量）などに基づいて、制動力を発生させるブレーキ機構が選択される。また、フェールの有無によっても、制動力を発生するべき機構が選択される。このような制動制御や制動力を発生するべき機構の選択などを行うためのブレーキ・モータ統合ＥＣＵ３８が設けられている。なお、ブレーキ・モータ統合ＥＣＵ３８は前述した回生ＥＣＵ２１や油圧ＥＣＵ３６に信号を出力することにより、この回生ＥＣＵ２１と油圧ＥＣＵ３６によって右前輪１０、左前輪１１の制駆動制御を統括的に行うようになっている。

また、上述したブレーキ・モータ統合ＥＣＵ３８と回生ＥＣＵ２１と油圧ＥＣＵ３６とはさらに車両ＥＣＵ３９と通信可能に接続されている。この車両ＥＣＵ３９により車両の走行状態を適時に車両全体の各部位に設けられたセンサによって感知し、車両を最適な状態で走行できるように統括的に管理することができる。

また、この発明は少なくとも左右の二輪に設けられた駆動装置の故障時の制動に関するものであり、この発明で対象となる駆動装置の故障とは、一例を挙げれば、故障判定手段において車両の目標制動力と実際の車両の制動力との差が所定値を超えた値となり、もしくは車両の目標駆動力と実際の車両の駆動力との差が所定値を超えた値となり、駆動装置に異常ありと判定する場合などが考えられる。なお、故障判定手段はこのようなものに限定されず、他の算出方法などであってもよい。また故障判定は、車両ＥＣＵ３９と各部位に設けられたセンサ（図示せず）が行う構成となっている。

さらに、これらの故障と判定される状態は、構成部品の劣化（経年変化）、構成部品の不具合や突発的な構成部品要素の破損・欠損などにより発生する場合がある。このような故障が発生した場合には各種センサ等によりどの箇所において故障が発生したかが瞬時に判断され、各ＥＣＵなどに送信される構成となっている。この発明では、左右いずれか一輪に故障が生じた場合、車両安定性を維持しつつ、必要な制動力が発生されるように構成されている。より具体的には、左右いずれか一輪において回生ブレーキ側で故障が発生した場合、故障した一輪では油圧ブレーキによる制動を行う一方、正常な一輪側では摩擦ブレーキと回生ブレーキとを併用して両ブレーキによる協調により必要な総制動力が得られ、かつ回生も行われる構成とされている。

図２はこの発明における故障した側の駆動装置と正常に動作する側の駆動装置との制御を簡略的に表すフローチャートである。まず故障が検出されているか否かが判別される（ステップＳ１０１）。故障が検出されていないことによりステップＳ１０１で否定的に判断された場合は再度フローチャートのスタートに戻る。これとは反対に故障が検出されていることによりステップＳ１０１で肯定的に判断された場合には、故障が検出されている駆動装置についての車輪が摩擦ブレーキによって制動される（ステップＳ１０２）。さらに正常に動作する駆動装置において摩擦ブレーキから駆動装置による回生ブレーキに移行しながら制動が実行される。

さらに図３においてこの発明の左右の二輪の駆動装置による制動制御に関して、上記図１の構成による一例をフローチャートにより詳細に説明する。まず右前輪１０と左前輪１１の内どちらかが故障したか否かが判別され（ステップＳ２０１）、両車輪１０，１１のどちらからも故障が検出されていないことによりステップＳ２０１で否定的に判断された場合には元に戻る。左右二輪１０，１１の内どちらか一方に故障が検出されたことによりステップＳ２０１において肯定的に判断された場合には、つぎに故障部位が左右輪のどちらなのか特定する手順として、故障部位が右前輪１０のみかどうかが判別される（ステップＳ２０２）。右前輪１０のみに故障が検出されたことによりステップＳ２０２で肯定的に判断された場合には右前輪１０と左前輪１１との動力が遮断される（ステップＳ２０３）。そして、制動要求があるか否かが判別され（ステップＳ２０４）、制動要求がないことによりステップＳ２０４において否定的に判断された場合にはループして再度この判別（ステップＳ２０４）が繰り返される。また、制動要求があることによりステップＳ２０４で肯定的に判断された場合には、車両の左右二輪の制動が回生協調制御により行われる。すなわち故障部位である右前輪１０が油圧ブレーキで制動され、正常側の左前輪１１では油圧ブレーキから回生ブレーキへ移行させながら制動が行われる（ステップＳ２０５）。

一方、ステップＳ２０２において故障が右前輪１０のみでないことにより否定的に判断が行われた場合は、さらに故障部位が左前輪１１のみか否かが判断される（ステップＳ２０６）。故障部位が左前輪１１のみであることによりステップＳ２０６において肯定的に判断された場合には右前輪１０と左前輪１１との動力が遮断される（ステップＳ２０７）。つぎに制動要求があるか否かが判定され（ステップＳ２０８）、制動要求がないことによりステップＳ２０８で否定的に判断された場合にはループして再度この判別が行われる。そして、制動要求があることによりステップＳ２０８において肯定的に判断された場合には、車両の左右二輪の制動が回生協調制御により実行される。すなわち故障部位である左前輪１１が油圧ブレーキで制動され、正常に動作する右前輪１０側では油圧ブレーキから回生ブレーキへ移行が行われつつ、制動が実行される（ステップＳ２０９）。

また、上記のステップＳ２０６において故障部位が左前輪１１のみでないことにより否定的に判断が行われた場合、すなわち故障部位が左右の二輪両方であると判断された場合には、右前輪１０と左前輪１１との動力が遮断される（ステップＳ２１０）。つぎに制動要求があるか否かが判別され（ステップＳ２１１）、制動要求がないことによりステップＳ２１１で否定的に判断された場合にはループして再度このステップの判別がなされる（ステップＳ２１１）。そして制動要求があることによりステップＳ２１１において肯定的に判断された場合には右前輪１０と左前輪１１との両輪ともに油圧ブレーキによる制動が行われる（ステップＳ２１２）。

図２，３で示した、この発明の左右二輪の故障中のブレーキ動作に関して時間を横軸に表し、制動トルクを縦軸に表した線図が図４および図５に示されている。図４は故障した側の駆動装置の制動トルクと時間との変化を概略的に表した線図である。また、図５は正常に動作する側の駆動装置の制動トルクと時間との変化を概略的に表した線図である。

故障している車輪側の制動の時間的な変化について図４を用いて説明すると、故障している車輪側の制動では制動要求により時刻Ｔ１１から油圧ブレーキによる制動トルクがかかり始める。なお、このとき片側車輪駆動異常のため、回生ブレーキ側では動力が遮断されている。そして油圧ブレーキによる制動トルクは緩やかにしかも短時間に片輪指令（必要）トルクまで上昇し、所定の制動トルクを車輪に与える。

つぎに正常に動作する車輪側の制動の時間的な変化について図５を用いて説明すると、時刻Ｔ２１から通常であれば即時に回生制動トルクを作動させて制動力を車輪に与えることは可能であるが、この発明では先ず、時刻Ｔ２１から油圧による制動が行われ、遅れ時間が設けられ時刻Ｔ２２付近から油圧制動トルクを下げていき、徐々に回生制動トルクを適切な度合いで上げていく。この方法による回生制動トルクと油圧制動トルクとで片輪指令（必要）制動トルクを車輪に与える回生協調制御が行われることで正常に動作する車輪に対する制動に必要な制動トルクが付与され、かつ走行安定性を損なわずに故障時であっても車両の制動および回生を行うことが可能となる。なお、各種センサで取得された情報に基づいて車両ＥＣＵ３９などにより、車両の挙動が不安定になりやすい状態であると判断された場合（たとえば、高Ｇな状態や旋回中など）には、前記遅れ時間をより長く取り、油圧ブレーキによる制動で車両の挙動が安定するまでの余裕時間を持たせることで車両挙動をより安定させながら回生に移行することができる。

また、この発明の駆動力制御装置の制御に関して再度説明すると、車両の駆動装置に設けられたセンサからブレーキ・モータ統合ＥＣＵ３８の目標駆動力の値に対して実際の動力の値が許容できない範囲において小さい値である場合などには、その一輪側の駆動装置を故障と判定し、電気的または機械的にも遮断することで電力等の損失を回避することができる。その後、制動要求があった場合には、故障している駆動装置側で油圧ブレーキにより制動トルクが付与され、正常に動作する側の駆動装置においては油圧ブレーキによる制動トルクが付与されて車両の安定性が保たれた状態で次第にモータ・ジェネレータ２（または３）により回生トルクが付与されていき、回生協調制御による制動が行われ、電力を回生しつつ要求された制動を行うことができる。

以上、上記に述べた構成例においては、制御の対象となる個別に駆動する左右の二輪は前輪二輪だったが、制御の対象となる個別に駆動する左右の二輪は後輪二輪とする構成であってもよく、また、前後輪四輪ともに個別にモータ・ジェネレータで駆動する構成とし、対象となる個別に駆動する左右の二輪の制御を前輪二輪と後輪二輪との両方に適用し、さらに前輪二輪と後輪二輪とが電子制御装置などを介して協調して制御される構成であってもよい。また、上記構成例においては、各機構に設けられた電子制御装置（ＥＣＵ）は個別に設けられているが、それぞれのＥＣＵは、個々に部分的にそれぞれ任意のケースで一体となる構成やすべてを一括して統合的に車両全体の制御管理を行うＥＣＵが設けられる構成であってもよい。

この発明の制動力制御装置を適用可能な車両の構成の一例を模式的に示す概念図である。図１に示された制動力制御装置の制御例を概略的に示すフローチャートである。図１に示された制動力制御装置の制御例を具体的に示すフローチャートである。この発明の制動力制御装置による故障側の駆動装置の制動トルクと時間との関係を表す線図である。この発明の制動力制御装置による正常側の駆動装置の制動トルクと時間との関係を表す線図である。

符号の説明

１０…右前輪、１１…左前輪、ブレーキ・モータ統合ＥＣＵ３８、３９…車両ＥＣＵ。

Claims

駆動トルクを増減する駆動装置が少なくとも左右の二輪のそれぞれに個別に設けられ、かつ油圧によって動作して前記二輪のそれぞれに個別に制動力を与えるブレーキ機構が設けられた駆動力制御装置において、
前記いずれかの駆動装置の故障を検出する故障検出手段と、
その故障検出手段によって前記故障が検出された場合に前記ブレーキ機構により前記二輪のそれぞれに制動力を加えるように指令を出力する制動指示手段と、
前記故障が検出されていない駆動装置に連結されている車輪についての制動力を前記ブレーキ機構による制動力から前記駆動装置による制動力に移行させる制動力切換手段と
を備えていることを特徴とする駆動力制御装置。
前記故障検出手段より故障が検出された駆動装置を前記車輪から電気的もしくは機械的に遮断する遮断手段を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の駆動力制御装置。
前記駆動装置は、発電機能を備えたモータを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の駆動力制御装置。